تبدیل مستقیم و یک مرحله ای زغال سنگ به نانوساختارهای کربنی با هندسه کروی، میله ای، لوله ای و صفحه ای به روش سنتز شیمیایی فاز جامد

در این مطالعه نانوساختارهای کربنی مختلف (نانوکره ها، نانومیله ها، نانولوله ها و نقاط کوانتوم گرافنی) از کربوناسیون زغال سنگ بیتومنوس (با اندازه ذرات کمتر از ۴۴ میکرون) در فاز جامد تولید شد. از آن جایی که سنتز در فاز جامد انجام گرفته است؛ این روش به نام سنتز شیمیایی کاتالیزوری فاز جامد نامگذاری شده است. در حضور کاتالیزور فروسن در دمای کربوناسیون °C۶۵۰ و °C۸۰۰ به ترتیب نانوکره های کربنی (با قطر ۶۰-۵۰ نانومتر) و نانولوله های کربنی (با قطر خارجی ۳۰-۲۰ نانومتر) در زمان کربوناسیون یک ساعت ساخته شد. تغییر نوع کاتالیزور از فروسن به نانوذرات مگنتیت (Fe۳O۴ با قطر۷۰-۵۰ نانومتر) در دمای °C۸۰۰ به عنوان دمای رشد نانوساختارهای کربنی، منجر به تولید نانومیله های کربنی (با قطر ۸۰-۶۰ نانومتر) شد. در صورت عدم حضور کاتالیزور، از کربونیزه کردن زغال سنگ در دماهای °C۶۵۰، °C۸۰۰ و °C۹۵۰ نانوساختار رشد یافته ای مشاهده نشد. اما با آماده سازی زغال سنگ در اسید، افزایش دمای کربوناسیون از °C۸۰۰ به °C۹۵۰ و افزایش زمان کربوناسیون از ۱ ساعت به ۵ ساعت نقاط کوانتوم گرافن تولید شد. نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری، پراش پرتو ایکس، طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس و طیف سنجی مرئی- فرابنفش آنالیز شدند. نتایج نشان می دهد که پیک ماکزیمم طیف مرئی- فرابنفش نانوکره های کربنی، نانوساختارهای رشد یافته و نقاط کوانتوم گرافنی به ترتیب: ۲۱۴، ۲۶۶ و بالاتر از ۳۰۰ نانومتر می باشد. قطر نانولوله های کربنی در حد نانوذرات آهن (با قطر ۵۰-۲۰ نانومتر) ناشی از تجزیه فروسن و قطر نانومیله های کربنی در حد قطر نانوذرات مگنتیت (با قطر ۸۰-۶۰ نانومتر) است.

تبدیل مستقیم و یک مرحله ای زغال سنگ به نانوساختارهای کربنی با هندسه کروی، میله ای، لوله ای و صفحه ای به روش سنتز شیمیایی فاز جامد Keywords:

نانوساختار کربنی , زغال سنگ , فروسن , نقاط کوانتوم گرافنی